LiDAR, atau ““light detection and ranging/deteksi cahaya dan jangkauan,” adalah teknologi penginderaan jauh yang menggunakan sinar laser untuk mengukur jarak dan pergerakan yang tepat di suatu lingkungan, secara real time.
Data LiDAR dapat digunakan untuk menghasilkan segala sesuatu, mulai dari peta topografi yang mendetail hingga model 3D yang dinamis dan tepat yang diperlukan untuk memandu kendaraan otonom dengan aman melalui lingkungan yang berubah dengan cepat dan terus-menerus. Teknologi LiDAR juga digunakan untuk menilai bahaya dan bencana alam seperti aliran lahar, tanah longsor, tsunami, dan banjir.
LiDAR bekerja dengan prinsip yang sama dengan radar ("deteksi dan jangkauan radio," sistem lokasi yang sering digunakan oleh kapal dan pesawat terbang) dan sonar ("navigasi sonik dan jangkauan," sistem yang biasanya digunakan oleh kapal selam). Ketiga teknologi tersebut memancarkan gelombang energi untuk mendeteksi dan melacak objek. Perbedaannya adalah radar menggunakan gelombang mikro dan sonar menggunakan gelombang suara, sedangkan LiDAR menggunakan cahaya yang dipantulkan, yang dapat mengukur jarak dengan lebih cepat, dengan ketepatan yang lebih besar dan resolusi yang lebih tinggi daripada radar atau sonar.
Instrumen LiDAR umumnya terdiri dari beberapa komponen:
- pemindai laser yang dengan cepat memancarkan getar sinar laser inframerah dekat
- sensor LiDAR yang digunakan untuk mendeteksi dan mengumpulkan getar cahaya yang kembali, dan
- prosesor untuk menghitung waktu dan jarak serta untuk membangun dataset yang dihasilkan, yang disebut dengan point cloud LiDAR.
Agar penginderaan jarak jauh menjadi akurat, pengukuran waktu dan ruang harus tepat, maka sistem LiDAR juga akan menggunakan elektronik pencatat waktu, unit pengukuran inersia (IMU), dan GPS.
Instrumen LiDAR memancarkan sinar laser bergetar ke lingkungan. Getaran, yang bergerak dengan kecepatan cahaya, ini memantul dari benda-benda di sekitarnya dan kembali ke sensor LiDAR. Sensor mengukur waktu yang diperlukan untuk setiap getaran untuk kembali dan menghitung jarak yang ditempuh. Karena kecepatan cahaya laser konstan, "waktu terbang" ini dapat digunakan untuk menghitung jarak yang sangat tepat.
Dengan mengulangi proses dan mengirimkan getar laser di area yang lebih luas, pengukuran waktu penerbangan dapat dikumpulkan pada miliaran titik individu dan diproses secara real time menjadi apa yang dikenal sebagai titik clou LiDAR.
Untuk mengubah point cloud LiDAR menjadi peta 3D, data tersebut melalui beberapa tahap pemrosesan. Pertama-tama, kamera diperiksa kebenaran dan kelengkapannya, lalu dibersihkan untuk menghilangkan gangguan yang tidak wajar. Kemudian fitur permukaan tanah seperti bangunan, tepian sungai, dan kanopi hutan dapat diidentifikasi dan diklasifikasikan secara algoritmik.
Agar data lebih mudah dianalisis, algoritme melakukan downsample pada point cloud untuk menghapus data yang berlebihan dan mengurangi ukuran file, lalu mengonversinya menjadi LAS (atau LASer), format file standar industri yang digunakan untuk pertukaran data tupel x,y,z tiga dimensi.
Terakhir, setelah dikonversi menjadi LAS, data point cloud dapat divisualisasikan dan dimodelkan ke dalam peta 3D medan yang dipindai. Untuk sistem LiDAR yang bergerak seperti yang digunakan pada kendaraan otonom, komputasi ini bersifat konstan dan berkelanjutan. Menurut salah satu sumber, mobil swakemudi menghasilkan dan memproses satu terabyte data setiap jam operasi.1
Sistem LiDAR dapat dibagi menjadi dua jenis utama berdasarkan platformnya: LiDAR udara dan LiDAR darat.
Sistem LiDAR udara, juga disebut sistem pemindaian laser udara, menggunakan pemindai LiDAR yang dipasang di pesawat (biasanya helikopter atau UAV) untuk menghasilkan model 3D permukaan tanah.
Pemetaan LiDAR dari udara telah menjadi alat yang sangat berharga untuk membuat model elevasi digital permukaan bumi, yang sebagian besar menggantikan metode fotogrametri yang lebih tua dan kurang akurat. Pemindaian LiDAR dari udara juga digunakan secara luas di bidang kehutanan untuk membangun survei LiDAR dari kanopi hutan dan model medan topografi permukaan tanah hutan.
Jenis teknologi LiDAR di udara meliputi:
LiDAR Batimetri
LiDAR batimetri digunakan untuk menangkap data GIS di perairan dangkal dan di sepanjang garis pantaiAR. Alih-alih sinar laser inframerah yang digunakan oleh sistem LiDAR pada umumnya, LiDAR batimetri memancarkan sinar laser hijau dengan panjang gelombang yang mampu menembus air untuk mengukur ketinggian digital dasar laut.
LiDAR berbasis ruang angkasa
LiDAR berbasis ruang angkasa digunakan oleh NASA dan badan antariksa lainnya untuk membantu navigasi pesawat ruang angkasa dan untuk melakukan studi atmosfer dan permukaan tanah serta membuat peta ketinggian digital Bumi, Bulan, Mars, dan Merkurius. LiDAR juga digunakan untuk mengemudikan kendaraan otonom NASA dan menerbangkan helikopter Ingenuity di Mars.
LiDAR darat adalah sistem LiDAR berbasis darat yang sering digunakan untuk pemetaan medan dan lanskap. LiDAR darat dapat digunakan untuk mengumpulkan data yang lebih terlokalkan dan jarak dekat, sehingga ideal untuk memetakan area yang lebih kecil dengan presisi tinggi.
Jenis LiDAR darat meliputi:
LiDAR Statis
Beberapa sistem LiDAR darat bersifat statis, tetap di satu lokasi dan digunakan untuk mengambil pemindaian LiDAR yang tepat dan berulang-ulang pada satu area. LiDAR statis sering digunakan di situs arkeologi, proyek konstruksi, dan untuk jenis penilaian bahaya tertentu seperti memantau permukaan tanah gunung berapi aktif, patahan gempa, atau zona banjir.
LiDAR Seluler
LiDAR seluler adalah bentuk LiDAR darat yang dapat mengumpulkan data LiDAR dari kendaraan yang bergerak. Sistem Mobile LiDAR (MLS) telah menjadi alat yang sangat penting bagi industri otomotif dalam pengembangan bantuan pengemudi dan pengemudian otonom: pengumpulan data dari deteksi dan jangkauan cahaya secara real-time memungkinkan mobil tanpa pengemudi untuk mengidentifikasi aset dan infrastruktur jalan raya dengan cepat, akurat, dan hemat biaya.
Karena pemindaian LiDAR dapat membuat model medan yang mendetail dari permukaan tanah dan dasar laut serta membuat visualisasi real-time yang tepat dan beresolusi tinggi dari objek bergerak, LiDAR memiliki berbagai penggunaan di dunia nyata di banyak industri, termasuk:
Sensor LiDAR digunakan untuk mengukur lanskap dan topografi pertanian, untuk estimasi biomassa tanaman, dan untuk mendeteksi sifat-sifat tanah dengan memetakan variasi kedalaman, kemiringan, kelembapan, dan aspek. LiDAR juga digunakan untuk mengemudikan kendaraan pertanian otonom.
LiDAR digunakan untuk pemetaan medan, pelacakan target, perburuan ranjau dan pencitraan melalui awan, dan perencanaan misi yang memanfaatkan visualisasi medan perang yang canggih bahkan di lingkungan perkotaan yang padat.
Pelajari lebih lanjut tentang solusi teknologi pertahanan dan intelijen
Sistem bantuan pengemudi canggih (ADAS) dan kendaraan otonom seperti mobil swakemudi memanfaatkan data peta LiDAR 3D untuk "lihat" dan menavigasi jalan dan lingkungan lainnya.
LiDAR dapat digunakan untuk pengukuran kecepatan angin yang akurat, dan juga digunakan oleh bandara untuk melacak pesawat terbang dan puing-puing benda asing (FOD).
Pelajari lebih lanjut tentang data cuaca penerbangan real-time
LiDAR batimetri menggunakan sinar laser hijau untuk menembus air dan membuat model elevasi digital waduk air dangkal, sungai, dan dasar laut pesisir. Alat ini dapat digunakan untuk mengukur erosi, memetakan habitat satwa liar, dan menilai risiko di dalam zona banjir.
Pelajari cara AI, IoT, dan pemantauan digital dapat mengubah pelabuhan dan pengiriman
LiDAR dapat dengan cepat dan akurat mensurvei lokasi konstruksi, menghitung volume material, dan digunakan untuk melakukan inspeksi keselamatan dan mendeteksi kemungkinan bahaya.
Pelajari cara pendekatan terintegrasi secara digital memberdayakan proyek pembangunan
Teknologi LiDAR digunakan untuk penilaian sumber daya angin, eksplorasi minyak dan gas, dan manajemen vegetasi untuk pemeliharaan saluran listrik.
LiDAR digunakan untuk memetakan lingkungan dalam aplikasi realitas virtual dan realitas tertambah.
Pelajari tentang penelitian augmented reality dan virtual reality di IBM Watson®
Selain menyediakan peta topografi terperinci, LiDAR dapat digunakan untuk mengukur karakteristik struktural pohon seperti indeks luas daun dan volume kanopi hutan, dan merupakan alat yang berharga dalam pengelolaan vegetasi. Peta ini juga digunakan untuk memantau dan menahan kebakaran hutan.
Pelajari cara solusi teknologi membantu menghentikan deforestasi global
Tambang dan penggalian sulit diakses, dan LiDAR semakin banyak digunakan untuk survei, pemetaan, dan keselamatan pekerja. Pemindaian LiDAR juga dapat digunakan untuk pengukuran volume di tambang.
Pelajari cara IoT dan analitik meningkatkan manajemen aset pertambangan
Teknologi LiDAR dapat digunakan untuk membuat model 3D objek untuk digunakan di bidang manufaktur, dan juga digunakan untuk kontrol kualitas untuk mendeteksi anomali dan cacat.
LiDAR digunakan untuk membuat model elevasi digital dan memetakan jalan, jembatan, serta fitur geografis dan infrastruktur lainnya.
Pelajari bagaimana data geospasial dapat digunakan untuk memberikan wawasan bisnis
LiDAR dapat digunakan untuk memindai kanopi hutan dan memantau kepadatan, spesies, dan kesehatan vegetasi, untuk mengidentifikasi vegetasi yang mungkin berisiko tinggi terhadap utilitas dan infrastruktur lainnya.
Sensor LiDAR digunakan untuk mengukur suhu, tutupan awan, kecepatan angin, kepadatan udara, dan parameter atmosfer lainnya, dan menyediakan data penting untuk model prakiraan cuaca.
Tim peneliti terus mengembangkan sistem dan algoritme baru untuk meningkatkan akurasi, kecepatan, dan efektivitas LiDAR, dan ada pengembangan yang sedang berlangsung yang difokuskan untuk membuat teknologi LiDAR menjadi lebih kecil, lebih ringan, dan lebih terjangkau. Hal ini akan memungkinkan adopsi yang lebih luas di berbagai industri dan aplikasi, termasuk elektronik konsumen, robotika, dan perangkat rumah pintar. LiDAR menjadi semakin populer dalam kendaraan otonom, dan diharapkan dapat memainkan peran penting dalam masa depan mobil.
Seiring dengan teknologi yang terus meningkat dan biaya yang menurun, aplikasi LiDAR kemungkinan besar akan meningkat secara dramatis.
Dapatkan wawasan iklim dan cuaca untuk mengantisipasi kondisi lingkungan yang mengganggu, secara proaktif mengelola risiko, dan membangun operasi yang lebih berkelanjutan.
Ubah ambisi keberlanjutan menjadi tindakan dan bertindaklah sesuai tujuan keberlanjutan Anda demi masa depan yang tangguh dengan solusi berkelanjutan dari IBM.
Pelajari cara data geospasial telah menjadi alat penting untuk perencanaan bisnis strategis seputar kelestarian lingkungan.
Temukan cara bisnis industri mengintegrasikan teknologi operasional (OT) dengan data TI untuk meningkatkan pemeliharaan, pemantauan, dan manajemen aset.
Buat keputusan manajemen vegetasi yang lebih baik dengan menggabungkan data cuaca, satelit, dan IoT dengan kemampuan penentuan prioritas dan pelaporan yang cerdas.
Lihat cara organisasi menggunakan data geospasial untuk mengungkapkan pola dan tren, dan dapatkan wawasan tentang hubungan antar variabel.
Catatan kaki
1David Edwards, "Dalam Perjalanan untuk Memecahkan Masalah Data Besar dalam Berkendara Otonom," Robotika dan Otomasi 21 Juli 2022. (tautan berada di luar ibm.com)